ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА КОТЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ВОЗМУЩЕННЫХ ДАННЫХ

Авторы

  • А.Н. Дилигенская Самарский государственный технический университет
  • Л.В. Осянина Самарский государственный технический университет

DOI:

https://doi.org/10.14529/power240410

Ключевые слова:

процесс теплопроводности, барабан котла, коэффициент конвективной теплоотдачи, идентификация, обратная задача теплопроводности, погрешности измерения, ансамбль траекторий, параметрическая оптимизация

Аннотация

Рассматривается процесс нестационарной теплопроводности, ставится задача нахождения коэффициентов конвективного теплообмена между рабочей средой и внутренней поверхностью стенки барабана котла, а также между наружной теплоизолированной поверхностью и окружающей средой по результатам измерения температуры его внешней поверхности, полученным с учетом погрешностей измерения. Контроль ненаблюдаемых коэффициентов теплопроводности направлен на предотвращение деформации металла барабана при его нагреве и обеспечение интенсификации процесса паро- и водоподготовки. Моделирование температурных распределений производится на базе структурной теории распределенных систем. Формулируется обратная задача теплопроводности, и проблема сводится к задаче поиска оптимального управления ансамблем траекторий с интервальными неопределенностями, когда считается известной информация о границах диапазона возможного распределения температуры. Параметризация искомых коэффициентов в классе постоянных функций и учет альтернансных свойств оптимальных температурных распределений приводят к задаче параметрической оптимизации, сформулированной относительно всей совокупности температурных реализаций на расширенном множестве аргументов. Решение задачи обеспечивает гарантированное качество идентификации для наиболее неблагоприятной траектории. Результаты решения задачи на основе зашумленных экспериментальных данных, полученных на котловом оборудовании газотурбинной установки, демонстрируют работоспособность метода.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Биографии авторов

А.Н. Дилигенская, Самарский государственный технический университет

д-р техн. наук, доц., проф. кафедры автоматики и управления в технических системах

Л.В. Осянина, Самарский государственный технический университет

магистрант кафедры автоматики и управления в технических системах

Библиографические ссылки

Алифанов, О. М. Обратные задачи теплообмена / О.М. Алифанов. – М.: Машиностроение, 1988. – 280 с.

Мацевитый, Ю. М. Обратные задачи теплопроводности / Ю.М. Мацевитый. – Киев: Наукова думка, 2002. – 405 с.

Beck J.V., Blackwell B., St. Clair C.R. Inverse Heat Conduction. Ill-posed Problems. N.Y.: J. Wiley and Sons Publ., 1985. 308 p.

Самарский, А. А. Численные методы решения обратных задач математической физики. Учебное пособие / А.А. Самарский, П. Н. Вабищевич. – 3-е изд. – М.: ЛКИ, 2009. – 480 с.

Ozisik M. N., Orlande H. R. B. Inverse Heat Transfer: Fundamentals and Applications. Routledge, 2018.

Зверев, В.Г. Определение коэффициента теплоотдачи и температуры газового потока по измерениям температуры материала / В. Г. Зверев, А. А. Светашков А. В. Теплоухов // Теплофизика высоких температур. – 2021. – Т. 59, №1. – С. 140–147

Albu A., Zubov V. Identification of the thermal conductivity coefficient in two dimension case. Optimization Letters, 2019, vol. 13, no. 8, pp. 1727–1743. doi: 10.1007/s11590-018-1304-4.

Borukhov V. T., Tsurko V.A., Zayats G.M. The functional identification approach for numerical reconstruction of the temperature-dependent thermal-conductivity coefficient. International journal of heat and mass transfer, 2009, vol. 52, pp. 232–238. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.01.043.

Borukhov V. T., Kostyukova O. I. Reconstruction of heat transfer coefficients using the approach of stage-by-stage suboptimal optimization and Huber–Tikhonov filtering of input data. Automatic Control and Computer Sciences, 2013, vol. 47, no. 6, pp. 289–299. doi: 10.3103/S0146411613060047.

Lu T., Han W.W., Jiang P.X., Zhu Y.H., Wu J., Liu C.L. A two-dimensional inverse heat conduction problem for simultaneous estimation of heat convection coefficient, fluid temperature and wall temperature on the inner wall of a pipeline. Applied Thermal Engineering, 2015, no. 81, pp. 161-168. doi: 10.1016/j.pnucene.2015.01.018.

Mohebbi F., Evans B., Rabczuk T. Solving direct and inverse heat conduction problems in functionally graded materials using an accurate and robust numerical method. International Journal of Thermal Sciences, 2021, vol. 159. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2020.106629

Shen L., Jiang Z., Gui W., Yang C., Wang Y., Sun B. Modelling of Inner Surface Temperature Field of Blast Furnace Wall Based on Inverse Heat Conduction Problems. IFAC-PapersOnLine, 2019, vol. 52, no. 14, pp. 78 – 83. doi:10.1016/j.ifacol.2019.09.167.

Alifanov O.M. Inverse Problems in Identification and Modeling of Thermal Processes: Russian Contributions. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 2017, vol. 27, no. 3, pp. 711–728. doi: 10.1108/HFF-03-2016-0099.

Рапопорт, Э. Я. Точный метод в задачах оптимизации нестационарных процессов теплопроводности / Э.Я. Рапопорт // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. – 1978. – № 4. – С. 137–145

Рапопорт, Э. Я. Алгоритмически точный метод параметрической оптимизации в краевых задачах оптимального управления системами с распределенными параметрами / Э.Я. Рапопорт, Ю.Э. Плешивцева // Автометрия. – 2009. – Т. 45, № 5. – С. 103–112

Рапопорт, Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределенными параметрами / Э.Я. Рапопорт – М.: Высшая школа, 2003. – 299 с.

Бутковский, А.Г. Структурная теория распределенных систем / А.Г. Бутковский. – М.: Наука, 1977. – 320 с.

Бутковский, А.Г. Характеристики систем с распределенными параметрами / А.Г. Бутковский. – М.: Наука, 1979. – 224 с.

Данилушкин И.А. Численно-аналитическая модель температуры металла барабана парового котла / И.А. Данилушкин, С.А. Колпащиков, И.С. Левин // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». – 2023. – Т. 31, № 1. – С. 21–33

Diligenskaya A. N., Rapoport E. Y. Method of minimax optimization in the coefficient inverse heat-conduction problem. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2016, vol. 89, no. 4, pp. 1008–1013. doi: 10.1007/s10891-016-1462-0.

Дилигенская, А. Н. Параметрическая оптимизация в обратных задачах теплопроводности в условиях интервальной неопределенности возмущений / А.Н. Дилигенская // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: труды XX Международной конференции. – Самара: Общество с ограниченной ответственностью "Офорт", 2018. – С. 112–118.

Загрузки

Опубликован

12/30/2024

Как цитировать

[1]
Дилигенская, А. и Осянина, Л. 2024. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА КОТЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ВОЗМУЩЕННЫХ ДАННЫХ. Вестник Южно-Уральского государственного Университета. Серия: «Энергетика». 24, 4 (дек. 2024), 86–93. DOI:https://doi.org/10.14529/power240410.